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Domenica, gennaio 29, 2023

Precisione impareggiabile: i ricercatori rivelano nuove informazioni sulla fotosintesi

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La fotosintesi è il processo attraverso il quale piante e altri organismi trasformano l'energia luminosa in energia chimica.


Il fotosistema I nelle piante rivela un volto finora inosservato/Esame molecolare con alta precisione.

La fotosintesi è il fondamento più importante della vita sulla Terra. In esso, la biomassa e lo zucchero sono prodotti dall'energia della luce solare da piante e alghe unicellulari. Anche l'ossigeno viene rilasciato durante questo processo. Ora, per la prima volta, la struttura di un nuovo complesso proteico che catalizza i processi di conversione dell'energia in

fotosintesi
La fotosintesi è il modo in cui le piante e alcuni microrganismi utilizzano la luce solare per sintetizzare i carboidrati dall'anidride carbonica e dall'acqua.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>la fotosintesi è stata determinata da biotecnologi vegetali e biologi strutturali delle Università di Münster (Germania ) e Stoccolma (Svezia).

Questo complesso proteico è il fotosistema I, noto come un singolo complesso proteico (monomero) nelle piante. Il professor Michael Hippler del

Università di Münster
Fondata nel 1780, l'Università di Münster (tedesco: Westfälische Wilhelms-Universität Münster, WWU) è un'università pubblica situata nella città di Münster, nella Renania settentrionale-Vestfalia, in Germania. Offre una vasta gamma di materie tra le scienze, le scienze sociali e le discipline umanistiche con oltre 120 campi di studio in 15 dipartimenti.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>L'Università di Münster e il professor Alexey Amunts dell'Università di Stoccolma hanno guidato un team di ricercatori che ha dimostrato per la prima volta che due monomeri del fotosistema I nelle piante possono unirsi come un dimero e ha descritto la struttura molecolare di questo nuovo tipo di macchina molecolare.


I risultati, che sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Natura Piante, forniscono approfondimenti molecolari sul processo di fotosintesi con un grado di precisione finora senza precedenti. Potrebbero aiutare a utilizzare in modo più efficace la forza di riduzione (la disponibilità a cedere elettroni) del fotosistema I in futuro, ad esempio, per produrre idrogeno come fonte di energia.

Lo sfondo: Esistono due complessi di fotosintesi, chiamati fotosistemi I e II, che funzionano al meglio nel caso di luce con lunghezze d'onda diverse. L'assorbimento di energia luminosa nei fotosistemi I e II consente agli elettroni di essere trasportati all'interno della "macchina fotosintetica" molecolare, guidando così la conversione dell'energia luminosa in energia chimica. Nel processo, gli elettroni del fotosistema I vengono trasmessi alla proteina ferredossina.

Nelle alghe verdi, la ferredossina può trasmettere gli elettroni generati durante la fotosintesi a un enzima chiamato idrogenasi, che quindi produce idrogeno molecolare. Questo idrogeno molecolare è quindi prodotto dall'immissione di energia luminosa, il che significa che è prodotto in modo rinnovabile e potrebbe essere in grado di fungere da futura fonte di energia. I ricercatori si sono posti la domanda: “In che modo la produzione di idrogeno fotosintetico è correlata alle dinamiche strutturali del fotosistema monomero e dimero I?


I risultati in dettaglio

Il fotosistema I omodimero dall'alga verde Chlamydomonas reinhardtii consiste di 40 subunità proteiche con 118 eliche transmembrana che forniscono una struttura per 568 pigmenti di fotosintesi. Utilizzando la microscopia elettronica criogenica, i ricercatori hanno dimostrato che l'assenza di subunità con la designazione PsaH e Lhca2 porta a un orientamento testa a testa del fotosistema monomerico I (PSI) e delle proteine ​​di raccolta della luce associate (LHCI). La proteina di raccolta della luce Lhca9 è l'elemento chiave che fornisce questa dimerizzazione.

Nello studio, i ricercatori definiscono il modello PSI-LHCI più preciso disponibile con una risoluzione di 2.3 Ångström (un Ångström corrisponde a un decimilionesimo di millimetro), inclusa la plastocianina del trasmettitore di elettroni legato in modo flessibile, e assegnano l'identità corretta e orientamento a tutti i pigmenti, nonché a 621 molecole d'acqua che influenzano le vie di trasmissione dell'energia. In connessione con la perdita di un secondo gene (pgr5), la sottoregolazione geneticamente indotta della subunità Lhca2 si traduce nella produzione molto efficiente di idrogeno nel doppio mutante. Come dice Michael Hippler, “L'esaurimento di Lhca2 promuove la formazione del dimero PSI, e quindi suggeriamo che l'idrogenasi possa favorire il targeting di elettroni fotosintetici dal dimero PSI, come abbiamo proposto nel nostro lavoro precedente. La struttura del dimero PSI ci consente di apportare modifiche genetiche mirate al fine di testare l'ipotesi di una migliore produzione di idrogeno attraverso il dimero PSI».

Riferimento: "Algal photosystem I dimer and high-resolution model of PSI-plastocyanin complex" di Andreas Naschberger, Laura Mosebach, Victor Tobiasson, Sebastian Kuhlgert, Martin Scholz, Annemarie Perez-Boerema, Thi Thu Hoai Ho, André Vidal-Meireles, Yuichiro Takahashi, Michael Hippler e Alexey Amunts, 13 ottobre 2022, Natura Piante.
DOI: 10.1038/s41477-022-01253-4


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